УДК 62

Романченко М.К.

Обследование состояния фундаментов машин с динамическими нагрузками

Фундаменты машин при динамическом нагружении являются источником волн, вызывающих вибрации других строительных конструкций зданий и сооружений. При определенных условиях фундаменты машин и оборудования могут испытывать значительные колебания, способствующие развитию деформаций фундаментов и конструкций, увеличению осадок основания, нарушению работы машин и технологического процесса.

Повышенная вибрация фундаментов машин с динамическими нагрузками и прилегающих строительных конструкций обусловлена:

отсутствием на стадии проектирования в ряде случаев достаточно надежных данных о фактических динамических нагрузках, передаваемых машинами на фундамент, особенно машинами новых типов;

некорректным определением расчетных значений параметров колебаний фундаментов из-за несовершенства расчетных схем системы основание - фундамент - машина или неточности исходных данных о свойствах основания, в том числе его динамических характеристик;

отсутствием для машин некоторых видов методов динамического расчета их фундаментов, учитывающих с необходимой достоверностью специфику совместной работы таких машин с фундаментом и основанием;

неудачным (в отношении уменьшения динамических воздействий на конструкции и обеспечения нормальной работы машины) размещением фундамента в плане и расположением самой машины на фундаменте;

статическим и динамическим деформированием фундамента, снижением прочности грунта при характерном для всех промышленных площадок подъеме уровня грунтовых вод и одновременном действии вибраций, а также изменением конструктивной схемы строительных конструкций в процессе эксплуатации (добавлением или утратой отдельных связей, элементов, изменением эксплуатационных нагрузок, заменой оборудования и т.д.).

Обследование динамического состояния фундаментов включают:

определение состояния машины, целостности связи ее с фундаментом, а также характера и степени деформирования фундамента;

измерение основных частот собственных и форм вынужденных колебаний, фактических амплитуд колебаний фундамента для установки допустимости их влияния на работу машины и технологический процесс;

изучение распространения колебаний от обследуемых фундаментов и их воздействия на соседние сооружения.

Методика обследования динамического состояния фундаментов машин с динамическими нагрузками предусматривает следующие этапы.

Непосредственно перед проведением измерений вибрации необходимо произвести сбор и анализ основных сведений по конструкции, монтажу, ремонту и эксплуатации машин с динамическими нагрузками и их фундаментов, а также данных контроля за вибрацией во время эксплуатации.

На первом этапе необходимо определить общее вибрационное состояние фундамента и выявить зоны с повышенными амплитудами. Для этого при работе агрегата в рабочем режиме необходимо измерить амплитуды вибрации подшипников машин с динамическими нагрузками и их фундамента. Точки измерения на фундаменте выбираются в непосредственной близости к опорным лампам подшипников, в местах сопряжения конструктивных элементов, на колоннах, в середине пролетов продольных и поперечных балок, на нижней опорной плите или ростверке. Точки и направления фиксации колебаний следует выбирать исходя из конструкции и размеров фундамента, типа машины и характера ее крепления к фундаменту.

Значение амплитуды вибрации определяется в вертикальном, поперечном (перпендикулярно оси агрегата) и продольном направлениях.

На втором этапе необходимо выявить причины неблагоприятной динамической работы фундамента. Для определения степени влияния возмущающих сил, возникающих при работе машин с динамическими нагрузками, на значение амплитуды вибрации фундамента следует выполнить цикл измерений при работе агрегата в различных рабочих режимах.

Эти измерения необходимо выполнять при нулевой нагрузке с номинальным возбуждением на генераторе и при нагрузках 25; 50; 75 и 100% для определения влияния изменения нагрузки на вибрацию фундамента и оценки качества работы агрегата.

Для определения резонансных зон фундамента измерения вибрации должны производиться при работе агрегата на холостом ходу при различной частоте вращения (от 900 до 3000 об/мин) через каждые 200-300 об/мин.

В случае если к колебаниям промышленного здания не предъявляются требования, определяемые санитарными норами или технологией производственных процессов, то помимо требований по ограничению колебаний по несущей способности должны предъявляться требования по ограничению динамических прогибов. В табл.1. даны рекомендации по ограничению динамического прогиба конструкций покрытий промышленных зданий.

Таблица 1

Амплитуды колебаний конструкций покрытия, соответствующие предельно допустимому прогибу

Частота, Гц	Амплитуда, мм	Частота, Гц	Амплитуда, мм
1 2 3 4 5 6 8	10 2,5 1,111 0,625 0,4 0,278 0,156	10 15 20 25 50 75 100	0,1 0,067 0,05 0,04 0,02 0,013 0,01
Примечание. Для промежуточных значений частот колебаний амплитуды определяются по формулам: А= 10/n^2 - для частот колебаний от 1 до 10 Гц вкл.; А = 1/n - для частот колебаний св. 10 до 100 Гц вкл. Здесь А - амплитуда колебаний конструкции от нормальной нагрузки, мм; n - частота вынужденных колебаний, Гц.

При оценке прочности и выносливости колебания конструкций можно считать безопасными, если наибольшее динамическое перемещение балки, перекрытия и других конструкций, совершающих колебания, связанные с изгибом, не превышает 1/50000 длины пролета (за вычетом перемещения ее опор). В этом случае при проверке несущей способности конструкции можно не учитывать динамических нагрузок. Аналогично, если по результатам измерений выяснилось, что для колонн и стен здания, а также стоек площадок и этажерок разность горизонтальных динамических перемещений нижнего и верхнего концов колонны (стены, стойки) в пределах этажа не превышает 1/50000 высоты этажа, динамические нагрузки можно не учитывать при проверке несущей способности этих конструкций. При этом колебания измеряются в той точке конструкции, где их амплитуда наибольшая, и при таком режиме источника вибрации, при котором возбуждаются наиболее интенсивные колебания этой конструкции.

Используемая литература:

1.Романченко М.К. Особенности обследования динамического состояния несущих конструкций /Снижение структурного шума и вибрации на судах / Сборник научных трудов /под редакцией А.М. Барановского, НГАВТ, Новосибирск, 2012, с.60-64

2.Романченко М.К. Влияние уровня колебаний на динамическое состояние конструкций /Материали VIII Международна практична конференция «Найновите научни постижения - 2012» / Том 33. Технологии, изд. «БялГРАД-БГ», София, Болгария, 2012, с. 78-81

3. Осоловский В.П., Тен Л.В. Методические указания по обследованию динамического состояния строительных конструкций сооружений и фундаментов оборудования энергопредприятий, РД 34.21.306-96.